圖片來(lái)源：cfa.harvard.edu

　　快速射電暴的起源一直是個(gè)謎團，許多猜想都與中子星之類(lèi)的致密天體有關(guān)，如兩個(gè)中子星相撞、中子星自身坍縮成黑洞、小行星撞擊中子星等。發(fā)現越來(lái)越多的快速射電暴新源，有助于揭示它的起源之謎。NASA

　　從設計、建設、落成、調試，再到今年初通過(guò)驗收正式開(kāi)放運行，“中國天眼”500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）宛如貴州喀斯特洼坑中的一顆明珠，一舉一動(dòng)都牽動(dòng)著(zhù)天文學(xué)家乃至全國人民的心。近期，“中國天眼”再立新功，發(fā)現來(lái)自宇宙深處的快速射電暴（FRB）新源。

　　中國科學(xué)院國家天文臺研究員朱煒瑋、李菂等與合作者利用自主研發(fā)的搜尋技術(shù)，結合深度學(xué)習人工智能技術(shù)（AI），對FAST海量的巡天數據進(jìn)行快速搜索，發(fā)現了這一新源。近日，該研究成果在線(xiàn)發(fā)表于《天體物理學(xué)快報》上。

　　與首個(gè)重復射電暴脈沖結構相似

　　“這是FAST通過(guò)盲搜發(fā)現的第一個(gè)快速射電暴新源，被命名為FRB 181123。這一新源顯示出兩個(gè)特點(diǎn)，一是脈沖輪廓表現為較罕見(jiàn)的三峰結構，這種結構通常在重復射電暴中出現；二是色散量高，在已知快速射電暴里位列前茅，由此可判斷其來(lái)自宇宙的極深處?！敝鞜槵|告訴科技日報記者。

　　快速射電暴是一種持續僅數毫秒的神秘射電暴發(fā)現象。以往觀(guān)測到的快速射電暴大部分是一次性的，通常只有單峰結構，即望遠鏡在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)接收到的光子數量突然劇烈上升，就像天空突然閃亮，又迅速暗淡下來(lái)。其中只有極少數是重復暴發(fā)的快速射電暴，這時(shí)往往會(huì )出現多峰結構，即連續閃爍兩三次，甚至更多。

　　朱煒瑋表示，此次發(fā)現的新源就連續閃爍了3次，每次閃爍的間隔約為5毫秒，第一次暴發(fā)的能量最高，后兩次暴發(fā)的能量大致相當，但比第一次“暗”很多?！斑@與人們觀(guān)測到的首個(gè)重復射電暴FRB 121102的脈沖結構十分相似?！?/p>

　　但是，當被問(wèn)及是否能夠就此判定該新源為重復射電暴時(shí)，朱煒瑋的回答是否定的，“由于我們對快速射電暴的形成機制尚不了解，僅憑多峰結構無(wú)法為快速射電暴貼上‘重復’標簽，今后我們會(huì )繼續緊盯FRB 181123，觀(guān)測其是否重復暴發(fā)?！?/p>

　　如何判斷FRB 181123源自宇宙深處？

　　李菂在接受科技日報記者采訪(fǎng)時(shí)指出，脈沖信號與星際及星系際電子相互作用，不同頻率的電磁波傳播速度不同導致色散，跟光線(xiàn)通過(guò)云層產(chǎn)生彩虹有同樣的物理基礎。頻率高的光子速度快，會(huì )先到達地球，通過(guò)測量不同頻率的光子到達地球的時(shí)間，就可以計算出快速射電暴的色散程度。色散量越高，也就意味著(zhù)光子的旅程越漫長(cháng)，離地球也就越遠。此次發(fā)現的新源色散量約為FRB 121102的三倍，意味著(zhù)該新源來(lái)自更遠的宇宙深處。

　　“經(jīng)估算，該脈沖信號可能在宇宙中跋涉了約百億年，最終在2018年11月23日被FAST‘捕獲’?！敝鞜槵|說(shuō)。

　　“這一新發(fā)現有賴(lài)于FAST超高的靈敏度?！崩钋呥M(jìn)一步解釋?zhuān)潆娡h鏡同光學(xué)望遠鏡一樣，口徑越大，靈敏度就越高，接收到的電磁波就越多，探測能力就越強。如果將FRB 181123繪在星空畫(huà)布上，它可能就是極淡的一抹色彩。就像2018年FAST探測到有史以來(lái)最暗弱的毫秒脈沖星之一，很多其他國家的望遠鏡看了很多次卻都沒(méi)有看到這顆脈沖星，這充分證明了FAST的“火眼金睛”。

　　AI篩圖助學(xué)者“大海撈針”

　　除了FAST超強的硬件配置，后期數據的軟件處理也是尋找到快速射電暴新源的關(guān)鍵之一。

　　“我們發(fā)現新源的數據源自FAST的‘多科學(xué)目標漂移掃描巡天’項目?！敝鞜槵|回憶，當時(shí)FAST正值調試期間，很多工作需要在白天完成，研究人員便利用FAST晚上的“空閑”時(shí)間，張開(kāi)這只“巨眼”，對著(zhù)天空進(jìn)行漂移掃描。

　　漂移掃描是一種簡(jiǎn)易快捷的掃描方式，即FAST自身保持不動(dòng)，依托地球本身的自轉，就能夠讓特定天區“一覽無(wú)余”。當然，操作簡(jiǎn)潔的背后，是讓研究人員十分頭痛的海量數據。尤其對于能夠同時(shí)“望”向19個(gè)方向的FAST來(lái)講，數據流每秒鐘高達幾千兆。

　　這些數據并非全部為有效數據，相反，大部分是源自地球表面和衛星等的干擾信號。在如此龐雜的信號中想要搜尋出天體或特殊天文事件的信號，無(wú)異于大海撈針。

　　“以往篩選數據時(shí)，一個(gè)人往往要看上百萬(wàn)張圖像，一天下來(lái)頭暈眼花。如今，我們采用了深度學(xué)習圖像識別技術(shù)，讓AI先把海量數據過(guò)一遍，可以減少近百倍的人工工作量?！敝鞜槵|說(shuō)。

　　地面信號往往色散量很小，天體信號則不然。研究人員將信號數據轉化成二維圖像，再將之置于多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中，利用上述天體和地面信號色散量等典型特征，篩選出天體信號，最終“撈”出了這一快速射電暴新源。

　　“現階段，通過(guò)AI尋找快速射電暴的手段還處于早期的嘗試階段，后續我們會(huì )將AI推廣到更廣泛的領(lǐng)域，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)實(shí)用的功能?！敝鞜槵|坦言。

　　從一個(gè)“陌生人”到發(fā)現總量近千

　　“中國天眼”的新發(fā)現在學(xué)界引起了廣泛關(guān)注。原因在于，人類(lèi)天文史上，快速射電暴尚屬于新認識的“陌生人”。

　　快速射電暴猛烈釋放出巨大的能量，幾毫秒間就能夠釋放出相當于太陽(yáng)在一整天內釋放的能量，然而就是因為它往往只是幾毫秒內的曇花一現，直到2007年才首次被觀(guān)測到，6年后，學(xué)界再次觀(guān)測到4個(gè)快速射電暴，從此快速射電暴躋身為天文界普遍關(guān)注的現象之一。FAST2016年落成啟用后，也加入到搜尋快速射電暴的大軍之中。

　　作為FAST首席科學(xué)家，李菂對于“自家娃”的新發(fā)現欣慰不已?！靶碌奶煳念I(lǐng)域發(fā)展迅猛，近幾年來(lái)人們發(fā)現的快速射電暴數量激增，總量近千。我們從2015年開(kāi)始準備快速射電暴搜索工作。雖然FAST起步相對較晚，但這次發(fā)現展示了其在觀(guān)測來(lái)自宇宙深處的微弱信號上的優(yōu)勢。此次發(fā)現的信號來(lái)自宇宙演化中恒星誕生率最高的時(shí)期。后續FAST還將開(kāi)展更細致的研究，進(jìn)一步揭示快速射電暴的起源和機制?！?/p>

　　“快速射電暴本身仍是一個(gè)新的未解謎團。發(fā)現更多快速射電暴有助于揭示其起源，還可以利用快速射電暴這種現象來(lái)開(kāi)展宇宙學(xué)和基礎物理方面的研究?！敝鞜槵|表示。

　　記者從中國科學(xué)院國家天文臺了解到，未來(lái)FAST將通過(guò)“多科學(xué)目標漂移掃描巡天”和“快速射電暴的搜尋和多波段觀(guān)測”等優(yōu)先項目，尋找和觀(guān)測更多快速射電暴，進(jìn)一步對其起源和發(fā)生機制的研究作出貢獻。于紫月